《微納尺度下功能無機材料的表面與界面物理化學》是依託大連理工大學,由薛冬峰擔任醒目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：微納尺度下功能無機材料的表面與界面物理化學
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：薛冬峰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
利用化學鍵思想和液相化學反應手段，深入研究功能無機材料由組成離子到膠粒中間相、再到結晶相過程中所體現的界面問題，通過對界面問題的化學物理方法處理實現最佳化材料表面結構及其光電功能特性的目的。申請人選取了MnO2、Cu2O、KH2PO4和NH4H2PO4等結構和組成化學鍵典型，電化學、光催化和非線性光學性能優良的功能無機化合物為研究對象。在實驗研究方面，擬採用低溫（-30至0度）、室溫、30至100度、100至200度等溫度區間通過原位紅外光譜等測試跟蹤手段研究膠粒中間相表面層和結晶相生長界面層的離子聚集行為，利用配位化學的原理和方法通過對有機和無機配體的合理篩選實現對其表面層和界面層的發育控制。在理論研究方面，擬從結晶相界面處的原子微觀分布特徵及其化學鍵合結構，建立結晶相界面層在任意結晶學方向上的化學鍵合模型與計算方法，定量描述膠粒相和結晶相在任意表面和結晶界面處的熱力學和動力學因素與本質。
結題摘要
Herbert Kroemer在其2000年諾貝爾演講中指出Often, it may be said that the interface is the device”。在微納尺度下，功能無機材料的表面與界面物理化學的重要性顯得尤為突出。我們利用化學鍵合思想和液相化學反應設計手段，初步研究了功能無機材料在結晶和套用過程中所體現出來的表/界面物理化學問題，成功地處理了一些較為突出的表/界面結晶生長問題，從而實現了最佳化材料表/界面結構及其電化學儲能特性的目的。該工作總結選取MnO2、Cu2O、KH2PO4和NH4H2PO4、石墨烯等結構和組成化學鍵典型、電化學性能優良的功能無機化合物為例。在理論研究方面，我們建立了52種元素不同價態和水合結構的溶液相電負性標度，進一步拓展了電負性概念並將其套用於無機材料的機械性能和光電性能計算上；我們更加深化了結晶相界面處的化學鍵合模型與計算方法，進一步完善了結晶生長的化學鍵合理論並將其套用於鈮酸鋰大尺寸晶體生長的實踐中。在實驗研究方面，我們針對銅元素的存在狀態，深入開展了Cu、Cu2O和CuO的化學反應設計與結晶控制研究，獲得了通過化學反應路線實現結晶控制的寶貴經驗。我們將其成功套用於多相MnO2顆粒的製備與超級電容器電極性能最佳化，以及石墨烯摺疊結構的製備與電化學儲能特性提高方面。通過該項目的實施，我們發現金屬離子的水合離子電負性標度可以揭示金屬離子在水溶液中的化學反應活性和在相轉變過程中的結晶性能差異的本質。採用化學反應路線設計的策略，我們可以有效調整溶液中金屬離子的存在狀態，從而調整其在結晶相變過程中的化學鍵合行為，實現材料的表/界面結構設計。我們發現材料的電化學儲能特性與其表/界面結構特徵密切相關，我們可以通過設計材料的表/界面結構實現其儲能特性的提升。
